淀粉样蛋白丝组装中的中间物质被认为在神经退行性疾病中发挥着核心作用，并且可能构成治疗干预的重要靶点1 , 2。然而，有关中间物种的结构信息很少，淀粉样蛋白组装的分子机制仍然很大程度上未知。在这里，我们使用时间分辨低温电子显微镜来研究重组截短 tau(氨基酸残基 297-391)在体外组装成阿尔茨海默氏病的成对螺旋丝或慢性创伤性脑病的丝3。我们报告了共享的第一中间淀粉样蛋白丝的形成，其有序核心包含残基 302-316。核磁共振表明，单体 tau 中相同的残基采用刚性的、β-链状构象。在稍后的时间点，第一个中间淀粉样蛋白消失，我们观察到许多不同的中间淀粉样蛋白丝，其结构取决于反应条件。在两个组装反应结束时，大多数中间淀粉样蛋白消失，并且具有与人脑相同的有序核心的细丝保留下来。我们的结果提供了对淀粉样蛋白组装的初级和次级成核过程的结构见解，对新疗法的设计具有影响。

主要的

淀粉样蛋白-β、tau、α-突触核蛋白和 TDP-43(TAR DNA 结合蛋白 43)组装成淀粉样蛋白丝定义了大多数人类神经退行性疾病病例1。淀粉样蛋白丝的形成导致疾病的假设得到了以下观察结果的支持：编码这些蛋白质的基因突变或增加其产量会导致遗传性疾病2。此外，人脑淀粉样蛋白丝的低温电子显微镜 (cryo-EM) 结构显示，tau、α-突触核蛋白和 TDP-43 的不同折叠定义了不同的疾病，表明淀粉样蛋白形成的特定机制可能是这些疾病的基础4 , 5、6、7、8、9、10、11、12。然而，淀粉样蛋白引起神经变性的分子机制仍然未知。

有人认为，成熟丝形成过程中的中间物种是淀粉样蛋白毒性的主要驱动因素13。已提出非丝状物种(所谓的低聚物)和丝状中间体(称为原纤维)发挥作用。因此，淀粉样蛋白组装的中间种类是治疗干预的重要目标。Lecanemab 是一种获批治疗阿尔茨海默病的药物，可显着减少认知能力下降14，它是一种人源化小鼠单克隆抗体，是针对具有北极突变15的合成 Aβ40 肽的原纤维而产生的。

尽管人们对淀粉样蛋白形成的中间物种很感兴趣，但对其结构知之甚少。由于寡聚物和原纤维的瞬时性，大多数实验数据来自重组蛋白的体外组装反应，包括淀粉样蛋白-β 16、17、 tau 18和 α-突触核蛋白19。大多数体外反应产生具有有序核心的细丝，其结构与人脑细丝不同，尽管在某些情况下描述了相同的子结构9 , 11 , 20。据报道，只有 tau 蛋白的体外组装条件能够产生与人脑产生的丝相同的丝。残基 297-391(使用最长的人脑 tau 同工型编号)构成了阿尔茨海默病患者大脑中成对螺旋丝 (PHF) 的蛋白水解稳定核心21。tau (297–391) 构建体在含有氯化镁的磷酸盐缓冲液中摇动后，会形成具有与人脑相同的有序核心的 PHF 3 , 8。使用氯化钠代替氯化镁3可以形成具有有序核心的细丝，这些细丝与从患有慢性创伤性脑病 (CTE) 的个体的大脑中提取的细丝相同6。

在这里，我们使用时间分辨冷冻电镜来表征 tau 体外组装成 PHF 或 CTE 丝期间形成的丝状中间体。我们报告了在两个反应中共同的第一中间体淀粉样蛋白(FIA)的形成，以及在稍后的时间点存在多个多态性丝状中间体，其结构取决于反应条件。我们的结果为 tau 淀粉样蛋白形成的初级和次级成核提供了新的见解，挑战了现有理论并为治疗设计提供了新途径。

部分单体 tau 呈 β 链状

我们表达并纯化了重组人 tau (297–391)(方法)。分析超速离心表明，在浓度为6 mg ml -1时，纯化的tau在溶液中呈单体形式，具有灵活的构象(扩展数据图1a)。溶液态核磁共振 (NMR) 证实了无序 tau 单体的存在，并表明残基 305-314 和 336-345 倾向于采用扩展构象，让人想起在 β 链中发现的构象。对于全长 4R tau 22和包含残基 244-372 (K18) 或其 3R 版本 (K19) 23、24的 4R tau 构建体也有类似的观察结果。尽管大多数 tau 蛋白似乎是单体，但我们不能排除溶液中也存在少量二聚体(可能是通过分子间 β-折叠的瞬时形成)的可能性。为了对 tau (297-391) 构象系综的动态景观进行更详细的分析，我们通过对不同场强下骨干弛豫测量的相关时间阵列 (IMPACT) 的投影来解释运动25。IMPACT 分析表明，tau(297-391) 单体的运动最好通过 36 ps 至 36 ns 之间的五个相关时间来近似。特别是，三个区域(残基 305-317、343-349 和 377-381)有助于缓慢的节段运动，这与采用扩展结构的趋势增加相关，这对于残基 305-317 最为明显(图1和扩展结构) 。数据图1b-l )。

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